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高考物理原子结构专项练习题及答案

时间: 思晴2 物理备考

  高考物理原子结构专项练习题一、选择题(8×8′=64′)

  A.绝大多数α粒子经过金属箔后,发生了角度不太大的偏转

  B.α粒子在接近原子核的过程中,动能减小,电势能减小

  C.α粒子在离开原子核的过程中,动能增大,电势能增大

  D.对α粒子散射实验的数据进行分析,可以估算原子核的大小

  解析:由于原子核很小,α粒子十分接近它的机会很少,所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进,只有极少数的粒子发生大角度偏转,从α粒子散射实验的数据可估算出原子核的大小约为10-15~10-14m,A错误,D正确.α粒子在接近原子核的过程中,电场力做负功,动能减小,电势能增大,在离开时,电场力做正功,动能增大,电势能减小,B、C均错.

  答案:D

  图1

  2.根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,图1中虚线表示原子核所形成的电场的等势线,实线表示一个α粒子的运动轨迹,在α粒子从a 运动到b,再运动到c的过程中.下列说法中正确的是(  )

  A.动能先增大,后减小

  B.电势能先减小,后增大

  C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零

  D.加速度先变小,后变大

  解析:α粒子从a到b,受排斥力作用,电场力做负动,动能减少,电势能增大;α粒子从b再运动到c,电场力做正功.动能增加,电势能减少;到达c点时,由于a、c在同一等势面上,所以从a到c,总功为零.故A、B错,C对.α粒子从a到b,场强增大,加速度增大;从b到c,场强减小,加速度减小.故D错.

  答案:C

  3.氢原子辐射出一个光子后,则(  )

  A.电子绕核旋转的半径增大

  B.电子的动能增大

  C.氢原子的电势能增大

  D.原子的能级值增大

  解析:由玻尔理论可知,氢原子辐射光子后,应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道,在此跃迁过程中,电场力对电子做了正功,因而电势能应减小.另由经典电磁理论知,电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力:ke2r2=mv2r,所以Ek=12mv2=ke22r.可见,电子运动半径越小,其动能越大.再结合能量转化和守恒定律,氢原子放出光子,辐射出一定的能量,所以原子的总能量减小.综上讨论,可知该题只有答案B正确.

  答案:B

  4.如图2所示,是氢原子四个能级的示意图.当氢原子从n=4的能级跃迁到n=3的能级时,辐射出光子a.当氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级时,辐射出光子b.则以下判断正确的是(  )

  图2

  A.光子a的能量大于光子b的能量

  B.光子a的频率大于光子b的频率

  C.光子a的波长大于光子b的波长

  D.在真空中光子a的传播速度大于光子b的传播速度

  解析:参照提供的能级图,容易求得b光子的能量大,E=hν,所以b光子频率高、波长小,所有光子在真空中速度都是相同的,正确答案是C.该题考查光的本性问题,涉及到能级的基本规律.

  答案:C

  5.氢原子从n=3激发态向低能级状态跃迁可能放出的光子中,只有一种光子不能使金属A产生光电效应,则下列说法正确的是(  )

  A.不能使金属A产生光电效应的光子一定是从n=3激发态直接跃迁到基态时放出的

  B.不能使金属A产生光电效应的光子一定是从n=3激发态直接跃迁到n=2激发态时放出的

  C.从n=4激发态跃迁到n=3激发态,所放出的光子一定不能使金属A产生光电效应

  D.从n=4激发态跃迁到基态,所放出的光子一定不能使金属A产生光电效应

  解析:氢原子从n=3激发态向低能级跃迁时,各能级差为:E3→2=-1.51 eV-(-3.4) eV=1.89 eV,E3→1=-1.51 eV-(-13.6) eV=12.09 eV,E2→1=-3.4 eV-(-13.6) eV=10.2 eV,故3→2能级差最低,据E=hν可知此时辐射的频率最低,因此一定不能使金属A产生光电效应,E4→3=0.66 eV,故一定不能使A发生光电效应.

  答案:BC

  6.紫外线照射一些物质时,会发生荧光效应,即物质发出可见光,这些物质中的原子先后发生两次跃迁,其能量变化分别为ΔE1和ΔE2,下列关于原子这两次跃迁的说法中正确的是(  )

  A.两次均向高能级跃迁,且|ΔE1|>|ΔE2|

  B.两次均向低能级跃迁,且|ΔE1|<|ΔE2|

  C.先向高能级跃迁,再向低能级跃迁,且|ΔE1|<|ΔE2|

  D.先向高能级跃迁,再向低能级跃迁,且|ΔE1|>|ΔE2|

  解析:原子吸收紫外线,使原子由低能级向高能级跃迁,吸收ΔE1,再由高能级向低能级跃迁,放出可见光,紫外线光子能量大于可见光,故ΔE1>ΔE2,D正确.

  答案:D

  7.如图3中画出了氢原子的4个能级,并注明了相应的能量En,处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时,能够发出若干种不同频率的光波.已知金属钾的逸出功为2.22 eV.在这些光波中,能够从金属钾的表面打出光电子的总共有(  )

  A.二种    B.三种

  C.四种    D.五种

  图3

  解析:由题意和能级图知,能够发出6种不同频率的光波.而逸出功W=hν0

  E4-E3=0.66 eV

  E3-E2=1.89 eV

  E4-E2=2.55 eV

  E3-E1=12.09 eV

  E4-E1=12.75 eV

  E2-E1=10.20 eV

  显然总共有4种.

  答案:C

  8.(2010•重庆高考)氢原子部分能级的示意图如图4所示.不同色光的光子能量如下表所示.(  )

  色光 红 橙 黄 绿 蓝—靛 紫

  光子能量

  范围(eV) 1.61~

  2.00 2.00~

  2.07 2.07~

  2.14 2.14~

  2.53 2.53~

  2.76 2.76~

  3.10

  图4

  处于某激发态的氢原子,发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条,其颜色分别为(  )

  A.红、蓝—靛     B.黄、绿

  C.红、紫 D.蓝—靛、紫

  解析:由能级图可知,只有原子从n=4能级向n=2能级以及从n=3能级向n=2能级跃迁时发射光子的能量符合题目要求,两种光子对应的能量分别为2.55 eV和1.89 eV,分别为蓝—靛光和红光,选项A正确.

  答案:A

  高考物理原子结构专项练习题二、计算题(3×12′=36′)

  图5

  9.如图5所示,氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级,辐射出能量为2.55 eV的光子.问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量,才能使它辐射上述能量的光子?请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图.

  图6

  解析:氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级,满足:

  hν=En-E2=2.55 eV

  En=hν+E2=-0.85 eV,所以n=4

  基态氢原子要跃迁到n=4的能级,应提供:

  ΔE=E4-E1=12.75 eV.跃迁图如图6.

  答案:12.75 eV 见解析图

  图7

  10.一群氢原子处于量子数n=4能级状态,氢原子的能级的示意图如图7所示,则:

  (1)氢原子可能发射几种频率的光子?

  (2)氢原子由量子数n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的能量是多少电子伏?

  (3)用(2)中的光子照射下列中几种金属,哪些金属能发生光电效应?发生光电效应时,发射光电子的能量最大初动能是多大?

  几种金属的逸出功W

  金属 铯 钙 镁 钛

  逸出功W/eV 1.9 2.7 3.7 4.1

  解析:(1)可能发射的光谱线条数与发射的频率相对应,因此有N=nn-12可得n=4时发射的光子频率最多为N=44-12=6种.

  (2)由玻尔的跃迁理论可得光子的能量

  E=E4-E2=[(-0.85)-(-3.40)] eV=2.55 eV.

  (3)E只大于铯的逸出功,故光子只有照射到铯金属上时才能发生光电效应.根据爱因斯坦光电效应方程可得光电子的最大初动能为Ekm=E-W,代入数据解得:Ekm=0.65 eV(或1.1×10-19J).

  答案:(1)6种 (2)2.55 eV (3)铯 0.65 eV(或1.1×10-19J)

  11.氢原子处于基态时,原子能量E1=-13.6 eV,已知电子电量e=1.6×10-19C,电子质量m=0.91×10-30kg,氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.53×10-10m.

  (1)若要使处于n=2的氢原子电离,至少要用频率多大的电磁波照射氢原子?

  (2)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流,则氢原子处于n=2的定态时,核外电子运动的等效电流多大?

  (3)若已知钠的极限频率为6.00×1014Hz,今用一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠,试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应?

  解析:(1)要使处于n=2的氢原子电离,照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处,最小频率的电磁波的光子能量应为:hν=0-E14

  得:ν=8.21×1014Hz.

  (2)氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动,库仑力作向心力,有

  Ke2r22=4π2mr2T2 ①

  其中r2=4r1,根据电流强度的定义I=eT ②

  由①②得I=e216πr1Kmr1 ③

  将数据代入③得:I=1.3×10-4A

  (3)由于钠的极限频率为6.00×1014Hz,则使钠发生光电效应的光子的能量至少为

  E0=hν=6.63×10-34×6.00×10141.6×10-19eV=2.486 eV

  一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光子,要使钠发生光电效应,应使跃迁时两能级的差ΔE≥E0,所以在六条光谱线中有E41、E31、E21、E42四条谱线可使钠发生光电效应.

  答案:(1)8.21×1014Hz (2)1.3×10-4A (3)四条


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